Grundlagen computergestützter Fertigungsverfahren

Grundlagen
computergestützter
Fertigungsverfahren

0110SEBASTIAN0BÄCHER010111010001101010110
Freitag, 1. Oktober 2010

Sebastian Bächer, 2010

standard
vs. non-standard

cam

computer-
gestützte maschinen

angewandte
projekte

Leitfaden



standard vs. non-standard
Prof. Oliver Fritz . FH-Köln . 2009
http://www.adaptivearchitektur.com



one structure - multiple forms
D’arcy Thompson: über Wachstum und Form . 1917



Vertreterstuhl
Stefan Wewerka - Architect, Designer, Object Artist . 1970



par
ame
obj tri
ect c
80 s
€/m

Kleiderleiste
Christoph Schindler . 2005
http://www.schindlersalmeron.com



Anpassungs- und Variationsmöglichkeiten
Prof. Dr. Frank Piller . RWTH Aachen
http://www.masscustomization.de



individual mass production
oder einfach
mass customization

basiert auf:
individualisierten computergesteuerten
Fertigungsverfahren

Computer ist Werkzeug
„Bauen mit Computern“



Kosten

industrielle Massenproduktion
ARBEITSTEILIG
erfordert Koordination

Bauen mit Computern

Einzelanfertigung
mit industriellen
Produktionsmethoden

Einzelanfertigung
HANDWERKLICH Stückzahl
erfordert Selbständigkeit

Kosten-Nutzen-Diagramm



Idee
Konzept

Produktion
CAD subtraktiv
modellieren additiv
deformation

CAM
Maschinen-
programmierung

Workflow - von der Idee bis zur Umsetzung
CAD = Computer-aided Design
CAM = Computer-aided Manufacturing


Idee



Vectorworks
Stark vor allem bei technischen 2D Zeichnungen
http://www.nemetschek.net



Alphacam
Stand-alone CAM Programm
http://www.licom.com



Produktion
Vectorworks



Vectorworks


Wettbewerb ‚Neue Mitte Campus Lichtwiese‘ - Wissenslandschaft 123009

P

P

P
P
P
P
P
Erschlie ungsstra e / Bus
Anliegerstra e
Fu - und Radweg
Stra enbahn

Stukturplan Verkehrsplan

Wissenslandschaft Lichtwiese fläche. Ganz in diesem Sinn ist die Neuord- ungehindert durch den Campus fließen. eingestellten Nutzungen. Das Freiraum-
Der Campus Lichtwiese der TU Darm- nung als Wissenslandschaft konzipiert und Das neue Hörsaal- und Medienzentrum konzept entwickelt die ursprüngliche Idee
stadt ist landschaftlich reizvoll gelegen im das neue Gebäude als Magnet in der Mitte wird selbst zur Landschaft. So wie die des durchfließenden Landschaftsraums
Übergang der Stadt zu den Ausläufern des platziert um der Mittelpunkt des universi- Dachschale sich neigt und aufwölbt um weiter und lädt die Mitte programmatisch
Odenwalds. Die ursprüngliche Planung geht tären Lebens zu sein. Durch die niedrige Wege und Freiraum über das Gebäude mit Freizeitnutzungen auf. Eine Hommage
auf diese Lage ein und setzt die einzelnen Silhouette und das topografisch gestaltete hinweg zu vernetzen, so umfließt im an das quadratische Raster des
Fachbereiche als Inseln in die Landschaft Dach ist es gleichzeitig eingebettet in die Inneren das Foyer als Raum für Darmstädter Systems ist die pixelartige
Landschaftsfluss locker gruppiert um eine zentrale Grün- grünen Freiräume und lässt die Landschaft Begegnung und Austausch die Aufwölbung Gestaltung der Wege und Freibereiche. Vernetzung

Schemagrundriss 1:500

Garderobe / WC Hörsäle Foyer Seminarräume Studienhof Seminarräume

Schemaschnitt 1:500

Dach

2. OG

1. OG

EG

Landschaft
Nebenräume
Lernräume / Seminarräume
Hörsäle / weiterer Hörsaalbedarf
Nebenräume
Eingangsbereich / Foyer
Fachlesesaal 1 / Fachlesesaal 2 / Eingangsbereich Medienzentrum
Lageplan 1:1000 weiterer Bibliotheksbedarf / Schulungs- und Rechnerbereich / Leihstelle Ebenenaxonometrie

campus TUD_Layout_DIN A1_09-07-21 1 24.07.2009 10:09:26

Idee
Grafik: BK2A & Knüvener Architektur . Wettbewerbsmodell . 2009
http://www.bk2a.de & http://www.architekturlandschaft.de



Rhinoceros
NURBS basierendes 3D Modellierungsprogramm
http://www.rhino3d.com



RhinoCAM
Maschinenbearbeitung festlegen
http://www.mecsoft.com


H DX=202.800 DY=247.200 DZ=25.000 -A C=0 T=0 R=100 *MM /"def" BX=0 BY=0 BZ=25
G0 X131.351 Y-8.128 Z10.157 T=123 V=20000.000 Sebastian Bächer, 2010
G0 T=123 V=20000.000
G1 X100.972 Y-8.164 Z-0.900 V=500.000
G1 X-1.067 Y-8.284 V=500.000
G1 X-5.375 Y-6.516 V=500.000
G1 X-7.407 Y-4.606 V=500.000
G1 X-8.809 Y-2.188 V=500.000
G1 X-9.439 Y0.088 V=500.000
G1 Y250.297 V=500.000
G1 X-8.423 Y253.345 V=500.000
G1 X-5.375 Y256.901 V=500.000
G1 X-3.343 Y258.040 V=500.000
G1 X-0.295 Y258.679 V=500.000
G1 X205.953 Y258.425 V=500.000
G1 X210.017 Y256.139 V=500.000
G1 X212.049 Y253.468 V=500.000
G1 X213.065 Y250.551 V=500.000
G1 Y-0.166 V=500.000
G1 X212.049 Y-3.082 V=500.000
G1 X210.534 Y-5.236 V=500.000
G1 X207.862 Y-7.268 V=500.000
G1 X205.953 Y-8.040 V=500.000
G1 X100.972 Y-8.164 V=500.000
G1 X100.966 Y-3.086 V=500.000
G1 X-0.084 Y-3.283 V=500.000
G1 X-2.623 Y-2.241 V=500.000
G1 X-4.162 Y-0.236 V=500.000
G1 X-4.439 Y249.486 V=500.000
G1 X-3.990 Y250.835 V=500.000
G1 X-2.157 Y252.973 V=500.000
G1 X0.221 Y253.679 V=500.000
G1 X204.640 Y253.427 V=500.000
G1 X206.663 Y252.289 V=500.000
G1 X208.065 Y249.705 V=500.000
G1 Y0.680 V=500.000
G1 X207.557 Y-0.778 V=500.000
G1 X205.369 Y-2.883 V=500.000
G1 X100.966 Y-3.086 V=500.000
G1 X100.956 Y1.914 V=500.000
G1 X0.898 Y1.719 V=500.000
G-Code
G1 X0.562 Y248.462 V=500.000
G1 X203.065 Y248.429 V=500.000
Programmiersprache der numerischen Steuerung & Regelung von Maschinen
G1 Y2.112 V=500.000
G1 X100.956 Y1.914 V=500.000
Wird vom CAM Programm automatisch generiert
G1 X100.946 Y6.914 V=500.000
G1 X5.891 Y6.729 V=500.000
G1 X5.569 Y243.461 V=500.000
Freitag, X198.065 Y243.430 V=500.000
G1 1. Oktober 2010


Produktion
CNC = Computerized Numerical Control
dt. computerisierte numerische Steuerung


Handarbeit
fertiges Architektureinsatzmodell



3D-Scanner
viele verschiedene Methoden
http://vr.isdale.com/3DScanners/images/index.html



- + ~
Subtraktiv Additiv Deformatierend

Fräsen Stereolitographie (SLA) Tiefziehen

Drehen Selektives Lasersintern (SLS) Gießen

Werkzeugplotten 3D Drucker (3DP) Biegen

Laserschneiden Fused deposition modelling (FDM) Stricken

Wasserstrahlschneiden Contour Crafting

Heißdrahtschneiden Betondrucker
Laminated object manufacturing (LOM)
Electron Beam Melting (EBM)



Modell aus Birnenholz
Köln
http://www.f05.fh-koeln.de



Diplommodell aus MdF
Bogota



Zip-Shape
designtoproduction . 2007
http://www.designtoproduction.com



Portal-Fräswerk (nicht computergesteuert!)
Firma Schiess und Defries . 1930
http://de.academic.ru/dic.nsf/dewiki/405287



100 US$ CNC-Mill
David Carr . MIT
http://fab.cba.mit.edu/classes/MIT/863.09/people/dcarr/final/final.html



CNC-Fräsmaschine als DIY Bausatz
Open-Source Projekt „P.COC“ . Materialkosten ca. 1465 US$
http://www.buildyourcnc.com



3-Achs CNC-Maschine
SCM . Record 110S . Preis ca. 75.000 €
Standort: FH Köln . Fak. 05



3-Achs CNC-Maschine
SCM . Record 110S
Standort: FH Köln . Fak. 05



5-Achs CNC-Maschine f. Metallbau
DMG . DMU 60P
http://www.dmg.com



CNC-Maschine f. Rotorblätter
EEW Maschinenbau . HSM-Modal
http://www.windpowerengineering.com/tag/large-cnc



Massiv-Holz-Mauer
Fertighausbau mit Massiv-Holz-Mauern
http://www.hundegger.ru/hundegger-mhm/index.html



Massiv-Holz-Mauer
inklusive Schlitze für Strom und Wasser
http://www.hundegger.com



computergesteuerter Fertighausbau
Hundegger . Wand-Master & Portalbearbeitungszentrum PBA
http://www.hundegger.com



Abbundmaschinen
für den Zimmermann
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c2/Post_and_Beam_Barn.JPG



Schwalbenschwänze
klassische Holzverbindungen wirtschaftlich produziert



Abbundmaschine
Hundegger . SC3
http://www.youtube.com/watch?v=KIlK-qWENc0



Windsor Chair . 18 Jh.
Hand gedrehte/gedrechselte Stuhlbeine
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Swedish_Windsor_Chairs.jpg



CNC-Drehmaschinen
für die Metallbearbeitung
http://www.werkstofftechniker.info/files/cnc-drehmaschine.jpg



CNC-Drehmaschine
MAG Boehringer NG 250
http://www.openpr.de/news/178342/Schnelles-Bohren-ist-gefragt.html



Laufrad
einer Francis-Turbine auf einer Karussel-Drehmaschine
http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Francis_Runner_InWorkshop_300.jpg



CNC-Drehmaschine
herstellen einer Kurbelwelle
http://www.youtube.com/watch?v=Cq1ysHlmysU



Wiggle Stool
Frank O. Gehry . 1972
http://www.vitra.com/en-lp/home/products/wiggle-stool



Blow
Jonathan De Pas . Donato . 1967
http://www.unechaisenommeedesir.fr/meubles-gonflables



Sacco
Piero Gatti . 1968
http://www.dzinestore.com/newsletter/november08.htm



Flexible Love
Chishen Chiu . 2009
http://www.youtube.com/watch?v=pkEDDj7TTHE . http://www.flexiblelove.com



Werkzeugplotter
Lego Technic 8094 . 1990 . eBay 280 €
http://www.lego.de



Schneidplotter
Craft ROBO . ab 239 €
http://www.craftrobo.de



Werkzeugplotter
Leica . Wild TA100 BXL
Standort: FH Köln . Fak.05 f. Architektur



Werkzeugplotter
Carlson Design PT-72
http://www.youtube.com/watch?v=hdvYnLWcx3A



Papier/Pappe
C_Wall . Andrew Kudless . Ohio State University . 2009
http://matsysdesign.com/2009/06/19/c_wall



Holz
Sketch Chair . Greg Saul . 2010
http://www.gregsaul.co.nz/SketchChair



Lebensmittel Metall
Namenswürstchen Ohringe
http://fluidforms.eu/blog/wp-content/ http://kareydarnellhelms.com/Blog/wp-content/
uploads/2009/04/laser-cut-sausages.jpg uploads/2010/04/laser-cut-jewelry-05.jpg


Laserplotter
VersaLaser VLS2.30 . 10.000 €
http://img.directindustry.com/images_di/photo-g/laser-cutting-marking-engraving-plotter-151448.jpg



DIY
CO2 Laserschneider für Metall . ab 30 US$
http://butlersheetmetal.com/tinbasherblog/diy-co2-laser-cutter-for-sheet-metal_645.html



3D Lasercutter
MAZAK . Space Gear Mark II
http://www.youtube.com/watch?v=gHjGfwf3Aeg



Wasserstrahlschneidemaschinen



5-Achs Wasserstrahlschneiden
http://www.prlog.org/10322436-wardjet-psywinder-5axis-waterjet-cutting-head.jpg



5-Achs Wasserstrahlschneiden
FLOW . AF-Serie
http://www.youtube.com/watch?v=2jm4_HikMqk



Heißdrahtschneiden
http://www.pt.ctw.utwente.nl/education/Master%20Assignment%20and%20Projects/Recent
%20Projects/bestanden/Johan%20van%20Ravenhorst.doc/Johan%20van%20Ravenhorst-1.png



Heißdrahtschneiden
HotWire Direct . Foam Cutting Machines . Werbespot
http://www.youtube.com/watch?v=JP2EzntCOgY



Stereolithographie (SLA oder STL)
http://knowledge.stereolithography.com/activekb/images/sla-diagram.gif



Batsheba Grossmann Arik Levy
beides http://www.mgxbymaterialise.com



Stereolithographieverfahren
http://www.youtube.com/watch?v=ky87zxNy1oo



Selektives Lasersintern (SLS)
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/33/Selective_laser_melting_system_schematic.jpg



Metallmodell
Batsheba Grossman. 2009
http://www.bathsheba.com



Glasmodell
Batsheba Grossman. 2010
http://www.bathsheba.com



Laserinstitut Mittelsachsen e.V.
http://laz.htwm.de/3_forschung/21_mikrosintern/sample18.jpg



Negativform für das Spritzgussverfahren
EOS GmbH Electro Optical Systems
http://www.youtube.com/watch?v=3NyE2ET4whY



3D Drucker (3DP)
http://de.wikipedia.org/wiki/Rapid_Prototyping



Funktionsfähige farbige Bauteile
http://www.image-acquire.com/product_rapid_zcorp_zprinter_450_print_01-thumb.jpg



3D Drucker
Computer-Trend TV . 2003
http://www.youtube.com/watch?v=avbQgROlc1k



Keramik Drucker
Solheim Rapid Prototyping Lab - University of Washington
http://www.technovelgy.com/ct/Science-Fiction-News.asp?NewsNum=2891



Fused Deposition Modelling (FDM)
dt. Schmelzschichtung
http://www.custompartnet.com/wu/fused-deposition-modeling



ABS Druck



ABS Druck
http://designreform.net/wp-content/uploads/2008/04/fdm_print.jpg



MakerBot - 600.- Euro HP 3D Printer - 13.600.- Euro



Fused Deposition Modelling (FDM)
von i.materialise
http://www.youtube.com/watch?v=yKHMmKqdI68



Contour Crafting (CC)
Beton- oder Hausdrucker
www.d-shape.com
http://www.aainter3.net/tools http://www.d-shape.com



Contour Crafting prototype machine
Contour Crafting research and development
http://craft.usc.edu/CC/Welcome_files/resources/media/CCmachine.wmv



Radiolaria
D-Shape
www.d-shape.com
http://www.d-shape.com



Amierungsmaschine Fertig gedruckte Wände



Betondrucker



Betondrucker
Druck von Wänden



Laminated object manufacturing (LOM)
Schichtweiser Aufbau von Papier, Thermoplasten (z.B. PVC)
http://www.custompartnet.com/wu/images/rapid-prototyping/lom.png



LOM Maschine & Rotor Blatt
Carnegie Mellon's The Robotics Institute
http://www-2.cs.cmu.edu/~sdm/



LOM Drucker
Druck von Wänden
http://www.youtube.com/watch?v=Z1WNA6tdfWM



Electron beam melting (EBM)
Elektronenstrahlschmelzen



Arcam
http://www.gizmag.com/go/6657/picture/30093/



Electron beam melting (EBM)
Arcam A1 - EBM System
http://www.arcam.com/technology/ebm-process.aspx



Tiefziehmaschine
http://www.rk-int.co.uk/images/Clarke%201820.gif



Tiefzieh Beispiel
http://www.hager-kunststoff.com/hager-kunststoff-metalltechnik/images/tiefziehen01.jpg



Tiefzieh Beispiele



DIY - Tiefziehen
Tiefziehen von einer Flugzeughaube
http://www.youtube.com/watch?v=8GyzqdlBmlw



Tiefziehmaschine
http://www.youtube.com/watch?v=WL-h0HAcdFA



manuelles Betongießen
Modellbau . ETH-Zürich . 2008



Lego Spritzgussform
Landesmuseum für Technik und Arbeit Mannheim - 2009
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:LegoSpritzgussDetail.JPG


Aluminium Spritzgussverfahren
Toledo - Jorge Pensi, 1986-88
http://www.dwr.com/product/designers/m-p/jorge-pensi/toledo-chair.do



Druckgießen
http://www.youtube.com/watch?v=QT73ffVcwUg



manuelles Verformen
Weich-PVC . FH-Köln . Fak. 05 . Prof. Fritz



manuelles Verformen
Biege-Sperrholz . FH-Köln . Fak. 05 . Prof. Fritz



Beispiel Draht
Aschenbecher . Tina Schmid . HfG-Karlsruhe . 2009
http://produktdesign.hfg-karlsruhe.de/studenten.php?id=1014



computergestütztes Verformen
Werbevideo Fa. AIM Inc.
http://www.aimmachines.com



Strickapparat
Brother KH 910 . 1976
http://www.brother.com



Strickapparat Beispiel
Pullover
http://www.ebay.com



Näh- und Stickmaschine
Pfaff Creative Vision 5.0
http://www.youtube.com/watch?v=mfSy5rkg0nA



Roboter
Lego NXT KUKA KR 1000 1300 titan PA



Roboter mauern
Prof. Gramazio & Prof. Kohler . ETH Zürich
http://www.dfab.arch.ethz.ch/index.php?lang=e&this_page=forschung&this_type=&this_year=&this_id=142



Roboter mauern
KUKA Roboter auf der BAUMA 2010
http://www.youtube.com/watch?v=rtHvtjpWDHg



Roboter
KUKA Werbespot
http://www.youtube.com/watch?v=98aDUQDmUjc



Roboter
http://www.youtube.com/watch?v=yln_IGDuOCo



NDS-Pavillon . ETH Zürich Modellbauwerkstatt . Hochschule Liechtenstein
Prof. Hovestadt & Fritz . 2002 Fritz & Pawlofsky . 2007



NDS-Pavillon . aus 416 Edelstahlteilen
ETH Zürich . Institut CAAD . 2002
http://www.caad.arch.ethz.ch



Schnittmuster & Produktionscode



416 Unikate



Produktion . Laserschneiden



Aufbau . Handwerk



Fertige Struktur



Fertiger Pavillon



Modellbauwerkstatt . aus Wellpappe
Hochschule Liechtenstein . Fritz & Pawlofsky . 2007
http://www.hochschule.li



Mit Rhino modelliert...



...per RhinoScript trianguliert und...



...die Größe der Pappstrukturen berechnet.



Aufbauanleitung des Pavillons



Schnittmuster des Teils c24 am Nachbarn c25



Schnittmuster aller Teile



Papplieferung



Computergestützte Produktion



ersten fertigen Schnittmuster



Aufbau



Beschriftungen für den Aufbau der einzelnen Dreiecke



„Rohbau“



Folie mit Tennisbällen als Distanzhalter zur Pappe



Einweihung



Fertige Modellbauwerkstatt . ca. 68m2



Vielen Dank!

CNC & Möbel
http://www.tischlereibaecher.de


Grundlagen computergestützter Fertigungsverfahren

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